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AG Einecke

Transplantatdysfunktion: Ursachen, Mechanismen und molekulare Diagnostik

 

  

Arbeitsgruppenleitung
Prof. Dr. Dr. med Gunilla Einecke

 

 

 

Wissenschaftliche Mitarbeiter

Dr. rer. nat. Florence Njau 

 

Technische Assistenten

 

 

Kooperationspartner

PD Dr. Stephan Immenschuh, Institut für Transfusionsmedizin, MHH, Dr. med. Sibylle von Vietinghoff, Klinik für Nieren- und Hochdruckerkrankungen, MHH, Philip F. Hallon, Alberta Transplant Applied Genomics Centre, University of Alberta, Edmonton, Canada

 

 

Projektbeschreibung

Thematischer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe sind Untersuchungen zur Transplantatdysfunktion nach Nierentransplantation. Die Ursachen der Transplantatdysfunktion sind vielfältig, und eine präzise Diagnostik ist essentiell, um eine optimale Therapie zu gewährleisten. Im klinischen Alltag unterliegt allerdings sowohl die Diagnostik als auch die Therapie dieser Patienten erheblichen Limitationen; dies sind insbesondere die folgenden: Die Diagnose beruht neben klinischen Parametern vor allem auf der histologischen Untersuchung. Diese ist als diagnostischer Goldstandard unverzichtbar, ist jedoch aufgrund der Methodik selbst in der Hand erfahrener Pathologen limitiert in ihrer Spezifität, Sensitivität und prognostischen Aussagekraft. Die histologische Untersuchung detektiert im wesentlichen die Folgen einer immunologischen Aktivität (Inflammation, Fibrose, Kreatininanstieg), nicht jedoch den zugrundeliegende Schädigungsmechanismus; eine frühe Detektion einer Schädigung oder Beurteilung der Krankheitsaktivität ist daher nur bedingt möglich. Dies wiederum erschwert deutlich die gezielte Therapie einer Transplantatdysfunktion oder die individuelle Steuerung der immunsuppressiven Erhaltungstherapie.

 

Wir beschäftigen uns daher mit der Untersuchung molekularer Veränderungen im Transplantat während einer Transplantatdysfunktion.

Ein wesentlicher Schwerpunkt unserer Untersuchungen liegt auf dem Krankheitsbild der humoralen Rejektion nach Nierentransplantation. Bei dieser Erkrankung kommt es durch die Entwicklung spenderspezifischer Antikörper gegen das Nierentransplantat zu einer schweren, oft chronisch verlaufenden Rejektion, die nur schwer zu therapieren ist und eine der häufigsten Ursachen für ein terminales Transplantatversagen darstellt. Der Verlauf der Erkrankung ist sehr variabel; sensitive und spezifische klinische Verlaufsparameter für die Krankheitsaktivität oder ein Monitoring der Therapie existieren nicht. Wir untersuchen daher in einem großen klinischen Kollektiv transplantierter Patienten die Krankheitsentstehung und –entwicklung hinsichtlich klinischer, histologischer und molekularer Parameter. Das langfristige Ziel dieser Untersuchungen ist eine Verbesserung der Risikostratifizierung und individuellen Therapie dieser Patienten, um damit das Langzeitüberleben der Transplantate zu verbessern.

Abb. 1: Die humorale Rejektion manifestiert sich histologisch als eine Schädigung der Mikrozirkulation. Dies umfasst sowohl akute Zeichen der Schädigung (Komplementaktivierung (C4d-Färbung), peritubuläre Kapillaritis, Glomeruliti) als auch chronische Läsionen (Transplantatglomerulopathie, Vaskulopathie und eine Lamellierung und Verdickung der Wand der peritubulären Kapillaren. Die Ausprägung der einzelnen Läsionen ist dabei variabel; die Festlegung diagnostischen Kriterien ist daher problematisch und die Sensitivität und Spezifität der Diagnose einer humoralen Rejektion daher eingeschränkt

.

Abb. 2: Die humorale Rejektion wird in den meisten Fällen durch Antikörper der Klasse I und II hervorgerufen, die gegen die HLA-Antigene des Spenders gerichtet sind. Allerdings führt das Vorhandensein dieser Antikörper nicht in allen Fällen zu einer Funktions-verschlechterung des Transplantates. Es ist unklar, welche Charakteristika der Antikörper für die Entwicklung des Krankheitsbildes einer humoralen Rejektion verantwortlich sind.

Ein zweiter Schwerpunkt ist die Untersuchung der Mechanismen, die der Gewebsschädigung im Rahmen einer Rejektion zugrunde liegen. Im Rahmen einer T Zell vermittelten Rejektion kommt es in erster Linie zu einer Schädigung des Epithels. Entgegen früherer Vermutungen, dass die Tubulitis (d.h. die Invasion von Lymphozyten in die Epithelzellen) durch direkte zytotoxische Effekte ursächlich für die Epithelschädigung und den Funktionsverlust ist, konnten wir in Untersuchungen im Mausmodell der Nierentransplantation zeigen, dass die epitheliale Degeneration während der Rejektion der Entwicklung der Tubulitis vorausgeht und unabhängig von zytotoxischen Mechanismen erfolgt. Vielmehr scheint eine Interaktion zwischen T Zellen und Monozyten/Makrophagen im Interstitium ausgeprägte Veränderungen im Epithel hervorzurufen, die letztlich die Invasion der Lymphozyten ins Epithel ermöglicht. Die Tubulitis ist somit nicht die Ursache, sondern eine Konsequenz der Epithelschädigung. Dies hat wesentliche Implikationen für die Diagnostik der Rejektion, deren wesentlicher Bestandteil bislang der Nachweis einer Tubulitis ist. Wir beschäftigen uns daher mit der weiteren Erforschung der molekularen Mechanismen, die der epithelialen Degeneration zugrunde liegen, um eine bessere Diagnostik der Krankheitsaktivität und Prognose bezüglich des Regenerationspotentials zu ermöglichen.

 

Eines der langfristigen Ziele unserer Arbeiten ist die Ergänzung der histologischen Diagnostik durch molekulare Untersuchungen, um die Sensitivität, Spezifität, Beurteilung der Krankheitsaktivität und prognostische Aussagekraft einer Transplantatbiopsie zu verbessern.  In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Phil Halloran in Edmonton, Kanada, haben wir zeigen können, dass die Genexpressions-Analyse des Transplantatgewebes wesentliche Informationen liefert, die die histologische Untersuchung hinsichtlich der diagnostischen und prognostischen Aussagekraft ergänzen und erweitern können. Wir arbeiten derzeit an multizentrischen Studien, um die bisherigen Erkenntnisse zu bestätigen und eine Einführung dieser diagnostischen Methoden in den klinischen Alltag zu ermöglichen.

Abb. 3: Die biologischen Vorgänge während einer Rejektion (Inflammation, Gewebsschädigung) sind durch Genexpression repräsentativer Gensets in einer Transplantatbiopsie objektiv quantifizierbar. Die Expression dieser Gensets korreliert mit der histologischen Diagnose. Die in einzelnen Biopsien beobachteten Diskrepanzen zwischen histologischer und molekularer Analyse liefern wichtige Hinweise für die klinischen Situationen, in denen die etablierte histologische Diagnostik möglicherweise unzureichend ist. Diese Fälle sind der Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer molekularer diagnostischer Kriterien, die die histologische Diagnostik ergänzen können.

Laufende Projekte

 

Grundlagenwissenschaftlich

1. Mechanismen der epithelialen Degeneration während der Transplantatrejektion

2. In Planung: Mechanismen der Antikörper-vermittelten Gewebsschädigung nach Nierentransplantation

 

Klinische Projekte

1. Antikörper-vermittelte Rejektion nach Nierentransplantation: Risikofaktoren des Krankheitsprogresses und Prädiktion des Therapieerfolg.

2. Klinischer und Molekularer Phänotyp der Non-Adherence

3. Molekulare Diagnostik der Polyomavirusnephropathie

4. Transplantatdysfunktion bei full-house match

 

 

Unsere Arbeiten werden gefördert von:

  • DFG (SFB 738, Teilprojekt B7)
  • BMBF (IFB-Tx)
  • Else-Kröner-Fresenius-Stiftung

Ausgewählte Publikationen

1. Mueller TF*, Einecke G* (co-first authors), Reeve J, Sis B, Mengel M, Jhangri GS, Bunnag S, Cruz J, Wishart D, Meng C, Broderick G, Kaplan B, Halloran PF. Microarray analysis of rejection in human kidney transplants using pathogenesis-based transcript sets. Am J Transplant. 2007 Dec;7(12):2712-22.

2. Einecke G, Mengel M, Hidalgo L, Allanach K, Famulski KS, Halloran PF. The early course of kidney allograft rejection: defining the time when rejection begins. Am J Transplant. 2009 Mar;9(3):483-93.

3. Reeve J, Einecke G, Mengel M, Sis B, Kayser N, Kaplan B, Halloran PF. Diagnosing rejection in renal transplants: a comparison of molecular- and histopathology-based approaches. Am J Transplant. 2009 Aug;9(8):1802-10.

4. Einecke G, Sis B, Reeve J, Mengel M, Campbell PM, Hidalgo LG, Kaplan B, Halloran PF. Antibody-mediated microcirculation injury is the major cause of late kidney transplant failure. Am J Transplant. 2009 Nov;9(11):2520-31.

5. Einecke G, Reeve J, Sis B, Mengel M, Hidalgo L, Famulski KS, Matas A, Kasiske  B, Kaplan B, Halloran PF. A molecular classifier for predicting future graft loss in late kidney transplant biopsies. J Clin Invest. 2010 Jun;120(6):1862-72.